1-.Modelos Matematicos en Puentes

UNIVERSIDAD ANDINA “NESTOR CACERES

VELÁSQUEZ”

M ODEL ADO ESTR ESTRUC UCTURAL TURAL Y  A N ÁL I SI S-I N TRO TRODU DU CCI ÓN  M.Cs. Ing° José Antonio PAREDES VERA

JULIACA-PERU 2,013

M ode odell ado E str uctur uctu r al y A nál i si s-I ntr nt r oducci oducci ón  4.1

El análisis estructural es un proceso de analizar un sistema estructural de pronosticar sus reacciones y comportamientos usando leyes físicas y las ecuaciones matemáticas. El objetivo principal del análisis estructural es determinar fuerza interna, interna, tensiones y deformaciones deformaciones de las estructuras bajo los efectos de carga y varios. El modelado estructural estructural es una herramienta herramienta de establecer tres modelos matemáticos, incluyendo (1) un modelo estructural que consta de tres componentes básicos: miembros estructurales o componentes, uniones (nodos, conectar bordes o superficies), y condiciones de límite (soportes y fundamentos); (2) un modelo material; material; y (3) un modelo de carga. Este capítulo resume resume las pautas y los principios para el análisis estructural y el modelado usado para las estructuras de puente. 4.2 4.2.1

4.2.1.1

Estructura de el modelado General Para diseñar una nueva estructura, los detalles de conexión y las condiciones de soporte serán hecho tan cerca de los modelos computacionales posible. Para una evaluación de estructura existente, las estructuras estructuras serán hechas un modelo de tan cerca de las condiciones estructurales como desarrollar las posiblilidades. La elección correcta correcta del modelado y las herramientas métodos de análisis depende de: I. Impo Import rtan anci ciaa de de la la est estrructu ucturra II. II. Prop Propósi ósito to del del aná anális lisis is estr estruc uctu tura rall III. III. Requeri Requerimie miento nto de el nivel nivel de la la exact exactitud itud de resp respuest uestaa Esta sección presentará las pautas de modelado y las técnica para las estructuras de puente. Tipos de elementos Diferentes clases de elementos pueden ser use en modelos de puente obtener las respuestas características de una sistema de estructura. Los elementos pu eden ser categorizados sobre la base de s us acciones estructurales principales. A) elemento de Apoyo Un elemento de Apoyo es un miembro que es es sujeta a cargas axiales axiales a la tensión o la compresión. compresión. El único grado de la libertad para un elemento de Apoyo (la barra) barra) es el desplazamiento desplazamiento axial en cada nodo. Las dimensiones seccionales y las propiedades materiales de cada elemento son asumidas constante a lo largo de su longitud generalmente. El elemento podría interconectar interconectar en uno (2 - D) simplista o configuración configuración de (3-D) tridimensional. tridimensional. Elementos de apoyo son usados típicamente en el análisis de estructuras de apoyo.

M ode odell ado E str uctur uctu r al y A nál i si s-I ntr nt r oducci oducci ón  4.1

El análisis estructural es un proceso de analizar un sistema estructural de pronosticar sus reacciones y comportamientos usando leyes físicas y las ecuaciones matemáticas. El objetivo principal del análisis estructural es determinar fuerza interna, interna, tensiones y deformaciones deformaciones de las estructuras bajo los efectos de carga y varios. El modelado estructural estructural es una herramienta herramienta de establecer tres modelos matemáticos, incluyendo (1) un modelo estructural que consta de tres componentes básicos: miembros estructurales o componentes, uniones (nodos, conectar bordes o superficies), y condiciones de límite (soportes y fundamentos); (2) un modelo material; material; y (3) un modelo de carga. Este capítulo resume resume las pautas y los principios para el análisis estructural y el modelado usado para las estructuras de puente. 4.2 4.2.1

4.2.1.1

Estructura de el modelado General Para diseñar una nueva estructura, los detalles de conexión y las condiciones de soporte serán hecho tan cerca de los modelos computacionales posible. Para una evaluación de estructura existente, las estructuras estructuras serán hechas un modelo de tan cerca de las condiciones estructurales como desarrollar las posiblilidades. La elección correcta correcta del modelado y las herramientas métodos de análisis depende de: I. Impo Import rtan anci ciaa de de la la est estrructu ucturra II. II. Prop Propósi ósito to del del aná anális lisis is estr estruc uctu tura rall III. III. Requeri Requerimie miento nto de el nivel nivel de la la exact exactitud itud de resp respuest uestaa Esta sección presentará las pautas de modelado y las técnica para las estructuras de puente. Tipos de elementos Diferentes clases de elementos pueden ser use en modelos de puente obtener las respuestas características de una sistema de estructura. Los elementos pu eden ser categorizados sobre la base de s us acciones estructurales principales. A) elemento de Apoyo Un elemento de Apoyo es un miembro que es es sujeta a cargas axiales axiales a la tensión o la compresión. compresión. El único grado de la libertad para un elemento de Apoyo (la barra) barra) es el desplazamiento desplazamiento axial en cada nodo. Las dimensiones seccionales y las propiedades materiales de cada elemento son asumidas constante a lo largo de su longitud generalmente. El elemento podría interconectar interconectar en uno (2 - D) simplista o configuración configuración de (3-D) tridimensional. tridimensional. Elementos de apoyo son usados típicamente en el análisis de estructuras de apoyo.

b) El emento mento de viga  Una elemento de viga es un miembro esbelto sujeto a las cargas laterales y a momentos. En general, tiene seis grados de la libertad en cada nodo incluyendo las translacionales y las rotacionales. Una elemento de viga carga tiene solamente cuatro grados de la libertad. c) El emento mento de de marco  Un elemento de marco es un miembro esbelto sujeto a las cargas laterales, a cargas axiales y a momentos. Es visto  poseer las propiedades propiedades de tanto el apoyo como elementos de viga y también llamado un elemento de viga - columna. Una formulación de marco marco tridimensional incluye incluye los efectos de carga biaxial, biaxial, la torsión la deformación deformación axial, y deformaciones de corte biaxial. Un elemento de marco es hecho un modelo de como una línea recta que conecta dos articulaciones. Cada elemento tiene su propio sistema coordinado coordinado local para definir propiedades de sección y cargas. d) El emento mento de placa  placa  Un elemento de placa es un elemento sólido bidimensional que actúa como una placa plana. Hay dos rotaciones y el  desplazamiento normal normal como libre de libertad (DOF). Estos elementos hacen un modelo del comportamiento placa en dos dimensiones. El elemento puede hacer un modelo de de los dos momentos normales y el momento de sección sección del  elemento. El elemento de placa es una caja especial de un elemento de concha sin cargas de membrana. e) El emento mento de Shell  hell   A shell elemento (Figure 4.2-1) es un elemento sólido tridimensional (una dimensión es muy pequeña comparado con otras dos dimensiones) que lleva platea, platea, al corte y membrana plana. Un elemento elemento de concha podría tener una una forma cuadrilátera o una forma triangular. triangular. Elemento fuerza interna de Shell son informados sobre en el elemento elemento longitud en la fuerza por unidad mediados de - superficie y son informados sobre tanto en la cima y parte inferior del elemento en  fuerza área por unidad. Su uso us o es de determinar niveles de tensión locales principalmente en superestructura celular o en muelle celular y caissons. Es en general recomendado usar el comportamiento completo a menos que la estructura entera sea plana y lo suficientemente moderada. moderada.

f) Eleme Elemento nto de de cable  cable   El elemento de cable es un cuerpo sólido bidimensional, con grados de transnacional de la libertad, capaz de soportar  cargas de tención pero no los momentos. Uno puede usar elementos de tensión de cable cable o elementos de tirantez del  cable. El elemento de de tensión de cable es use hacer un modelo de platea fino que es para moverse en la dirección dirección normal al cable de la placa. El elemento de tirantez del cable es usar hacer un modelo de una sección cortada fina de una estructura sólida muy larga, como paredes. El elemento de tirantez claro no es permitido moverse en la dirección normal del cable del elemento (el manual de STRUDL). g) El emento mento sóli do  Un elemento sólido es un elemento ocho nodo como mostrar en la figura 4.2 - 1 para hacer un modelo de estructuras tridimensionales y sólidos. Los elementos sólidos son usados en la evaluación de estados de tensión principales en regiones conjuntas o configuraciones complicadas (CSI2007). h) El eleme elemento nto de NlL ink  Un elemento de NlLink (CSI2007) es un elemento de comportamiento non lineal estructuralmente. El  comportamiento no lineal es presentado durante los análisis de tiempo - historia no lin eales o los análisis estáticos no lineales. 4.2.1.2

4.2.1.3

Ti pos de element os de lími te  Seleccionar la condición de límite correcta tiene un papel importante en el análisis estructural. El modelado eficaz de las condiciones de soporte en orientación y articulaciones de expansión requiere una consideración cuidadosa de la continuidad de cada cada grado translacional y los componente componente rotacionales rotacionales de desplazamientos. desplazamientos. Para un análisis estático, es común usar una suposición más simple de soportes (i.e., rodillo reparado, enganchado) sin considerar la rigidez de sistema de suelo. Sin embargo embargo para el análisis dinámico, representar representar la rigidez del suelo. Es Necesario en algunos casos escoger  una matriz de rigidez de [6 ×6] es suficiente.  Para proyectos específicos, el modelo no lineal haciendo un modelo del sistema puede ser conseguido usando  primavera/freno no lineal. Algunos programas de Elementos finitos como ADINA (ADINA2010) tenga más capacidad para el modelado que el límite condiciona que otros. Tipos Ti pos de mater mater ial es   Diferentes clases de materiales son usados para miembros de estructura de puente como concreto, acero, pretensados tendones, etcétera. Para estructuras de hormigón, vea C5 de artículo.4.1 y para las estructuras de acero vea Articulo Articulo 6.4 de  AASHTO - LRFD LRFD (AASHTO2007). (AASHTO2007).

4.2.1.4

4.2.1.5

Las propiedades materiales que son usadas para un análisis elástico generalmente lo son: módulos de la elasticidad, modulo de corte, la proporción proporción del modulo de Poisson, el coeficiente de la expansión expansión térmica, la densidad de masa y la densidad de peso. Uno debe poner la atención a las unidades usadas para las propiedades materiales. Tipos de cargas Hay dos tipos de cargas en un diseño de puente: Permanente Loads: Loads and forces that are assumed to be either constant upon completion of construction or  varying only over a long time interval (CA 3.2). Tales cargas incluyen el de la estructura que los elementos, pesado recubren, los bordillos, parapetos y barandillas, la fuerza secundaria de tensar, fuerzan el efecto atribuible al encogimiento y programado para para deslizarse, y presión de los suelos (Ca3.3.2). Cargas: las cantidades y la fuerza que pueden variar durante un intervalo de poco tiempo a la vida de la estructura (Ca3.2). Tales cargas debido a las que la gravedad gravedad de inclusión carga automovilístico, automovilístico, ferrocarril y peatón tráfico cargas laterales atribuibles al viento y al agua, a los flujos de hielo, fuerza el efecto debido a pendiente de temperatura y temperatura uniforme, y el efecto de fuerza debido a sismos (Ca3.3.2). Chapter 3 de BDP habla de cargas en los detalles.

D i scretiz creti zation ati on de model model ado  L a f ormu or mull ació aci ón de un modelo matemáti co que qu e usa el el ement ementos os matemáti cos sus sus conexi ones  disconti nuos nu os e i nte nt er acciones para captar el comportami ento de prototi pr ototipo po e ess l l amada Di scre cr etiz ti zation. ati on. Par a este este propó pr opóssi to:  a) Las articulacio articulaciones nes / nodos son son usadas a elementos elementos de Discretization  y a ubicaciones principales en la estructura en la que los desplazamientos son objeto de int eres . b) Los elementos elementos están están conectados conectados con sí en articulacio articulaciones. nes. c) Masas, la tencione tencioness , y las cargas cargas son aplicadas aplicadas a elementos elementos y luego transferido transferido a uniones. uniones. d) Dibujo4.2 Dibujo4.2 - 2 muestra muestra un típico discretizat discretization ion de modelo para para una proyecto de puente puente .

Dibujo4.2 - 2 haga un modelo de Discretization para la conexión monolítica. 4.2.2 4.2.2.1

Pautas de modelado estructurales Modelos Lumped - parámetro (LPMs)

La masa, la rigidez, de la estructura componentes son generalmente combinado y en ubicaciones discontinuas. Requiere la experiencia importante de formular la fuerza - deformación equivalente con solamente algunos elementos representar respuesta de estructura. Para un prestretensado (CIP / por segundo) superestructura de viga tubular de hormigón en lugar, una elemento de viga ubicado en el centro de gravedad de la viga tubular puede ser usado. Para las estructuras viga tubular, un modelo detallado será necesitado para valorar las respuestas de cada viga distinta.

•

•

4.2.2.2

Modelos componentes estructurales (SCMs) - práctica de Caltrans común •

• •

Sobre la base de los subsistemas / elementos estructurales idealizados de la geometría de la estructura. Respuesta de estructura es dado como un relación de esfuerzos  – deformación de elemento. La importancia para el análisis sísmico del modelado de columna concreto típicamente. La importancia eficaz se analiza la deformación grande bajo cargas, como los efectos prestretensado y térmicos. La importancia eficaz es el alcance entre el corte y el momento de rotura. Calcular la importancia eficaz, vea LRFD de AASHTO5.7.3.6.2 (AASHTO2007).

•

4.2.2.3

El momento es obtenido usando importancia de sección - análisis de curvatura (por ejemplo Sección o la parte Desiño de SAP2000), que es el momento de la principal que corresponde a la primera curvatura. Para el análisis sísmico, haga referencia a criterios de diseño sísmicos (SDC) 5.6 "Propiedades de sección en vigencia" (Caltrans2010). Modelos de elemento finitos (FEMs)

Una estructura de puente es discretizedo con elementos finitos.

Características de elemento son obtenidos de los componente materiales estructurales (AASHTO4.2). Dibujo 4.2 - 3 muestra los niveles del modelado para el análisis sísmico de las estructuras de puente.

Dibujo Niveles de 4.2 - 3 de trabajar de modelo para el aná lisis sísmico del bridge (Priestley, et al1996).

La importancia de la estructura, la experiencia del diseñador y el nivel de la exactitud necesitada afectan tipo de modelo, ubicación de articulaciones y elementos dentro del modelo seleccionado, y número de elementos / articulaciones describir  geometría de la estructura. Por ejemplo, una estructura horizontalmente curvada debe ser definido mejor por elementos de concha en la comparación con elementos rectos. Los otros factores de ser considerado lo son: Límites estructurales - por ej. esquinas Cambios en las propiedades materiales Cambios en elemento propiedades seccionales Ubicaciones de soporte Los puntos de la puesta en práctica de las cantidades grandes - elementos de marco pueden tener cargas. • • • •

4.2.3 Pautas de modelado relevantes

Los modelos materiales deben ser seleccionados sobre la base de la deformación bajo cargas externas. Una modelo es llamado elástico, cuando regresa a su forma original sobre el lanzamiento de las cantidades aplicadas. Por lo demás es llamado una modelo inelástico. Para un cuerpo elástico, el estado actual de la tensión depende solamente sobre el estado actual de la deformación mientras, en un cuerpo de inelástico, la deformación residual y las tensiones quedan en el cuerpo incluso cuando todos esfuerzos de tracción externos son retiradas. El modelo elástico podría indicar el comportamiento de longitud o no lineal. Para materiales elásticos lineales, las tensiones son en línea recta proporcionales a las variedades (= E de v) como describir por Ley de Hooke. La ley del Hooke es aplicable para los materiales tanto homogéneos como isótropos. Homogéneo quieren decir que las propiedades materiales son independientes de los elementos para combinar. Isotrópico quiere decir que las propiedades materiales son independientes de la rotación de los ejes en cualquier momento en el cuerpo o la estructura. Solamente dos constantes flexibles (la proporción de modulo de E de elasticidad y Poisson v) son necesario para los materiales elásticos lineales. Para una longitud simple, la ley constitutiva es dada como: Fs =k de k donde es la respectiva extensión o la compresión, mientras que Fs y k representan la fuerza y la rigidez, respectivamente. La rigidez es la propiedad de un elemento que es definido como forzar el desplazamiento por unidad. Para un análisis no lineal las relaciones de tensión – rigidez no lineales de materiales estructurales deben ser incluido. Para concreto confinado una relación de tensión – cortante general es ampliamente usada. Para concreto limitado, en general el modelo de Mander es usado (Chen y Duan1999). Para acero estructural y reforzar acero, la curva de tensión  –  cortante incluye tres segmentos generalmente: elástico, perfectamente  plástico, y una región de tensión - endurecimiento. Para acero de prestresado, un modelo de tensión – cortante no lineal idealizado puede ser usado. 4.2.4 4.2.4.1

Tipos de modelos de puente Modelos de puente mundiales Un modelo de puente incluye el puente entero con todos marcos y conectar las estructuras. Puede captar los efectos debido a geometría irregular como curvas en ascenso y descenso, efectos de soportes muy distorsionados, contribución de las estructuras de rampa, enmarcan la interacción, articulaciones de expansión, etcétera. En el diseño sísmico verificar los parámetros de diseño para el marco individual principalmente. Debido a variar en el aspecto espacial para el que el suelo hace señas extenso, y multimarco

Puentes bajo la carga sísmica. En este caso un discretization detallado y esfuerzo - deformación de modelado del elemento individual son necesitado. 4.2.4.2

Tensión y modelos de compresión Los modelos de tensión y lo compresión son para captar las respuestas no lineales para puentes con articulaciones de expansión (MTD 20-4, Caltrans 2007) para hacer un modelo de la no linealidad de las apoyo con restricciones de cable. Las cantidades de respuesta máximas de los dos modelos son usadas para el diseño sísmico. A) modelo de tensión Modelo de tensión es use captar el movimiento de fuerza de fase. El modelo de tensión admite el respectivo movimiento longitudinal entre marcos adyacentes dando a conocer la fuerza longitudinal en los elementos de apoyo rígidos y las articulaciones de estribo y activar los elementos de restricción de cable. La unidad de restricción de cable es hecha un modelo de como un elemento de apoyo individual con la rigidez equivalente  para el movimiento longitudinal que conecta articulaciones al otro lado de la expansión.

B) modelo de compresión   El modelo de compresión es use captar el movimiento de marco de la misma fase. El modelo de compresión bloquea la fuerza longitudinal y admite la solamente la importancia sobre la línea central vertical y horizontal en una expansión conjunta ser soltado. Todos Articulaciones de expansión son conectados rígidamente en la dirección longitudinal para captar los efectos de cierre - estribo conjunto movilizado. 4.2.4.3

Modelos de marco

Un modelo de marco es una parte de la estructura entre los articulaciones de expansión. Es una herramienta fuerte de calcular la respuesta dinámica verdadera del puente ya que la respuesta dinámica de marcos de puente autónomos puede ser tasado con la exactitud razonable como una reacción unida superior para el sistema de estructura. Las características sísmicas de las respuestas de marco individuales son controladas por montón de superestructura y rigidez de marcos individuales. Los modelos de marco independientes transversales asumirán la masa en las columnas. Los espacios de apoyo serán hecho un modelo de como elementos rígidos con la mitad de la columna adyacente (dibujo de SDC4.2, Caltrans2010). Los efectos de los marcos adyacentes pueden ser obtenidos incluyendo marcos de límite en el modelo. 4.2.4.4

Modelos doblados

Un modelo transversal de gorra doblada y columnas es necesitado para obtener los momentos máximos hacia adelante doblada. Dimension of bent cap should be considered along the skew. El modelo doblado individual debe incluir el fundamento que la flexibilidad provoca y puede ser combinado en el modelo de marco sólo por las restricciones geométricas. El temblor de tierra diferente puede ser input para caballetes individuales. El plano alto del que la rigidez de superestructuras de puente permite la toma que simplifica la combinación al movimiento de cuerpo rígido

Modelos doblados individuales.

4.2.5

Losa - puentes

4.2.5.1

Superestructuras Para puentes de losa - viga de modelado, cualquier modelo de Spine o un modelo de Grillage deben ser usados.

Dibujo Modelos de superestructura de 4.2 - 4 (Priestley, et al1996). Modelo de espina dorsal Modelos de espina dorsal con elementos de viga son usados para puentes corrientes generalmente. El elemento de viga considera seis a ambos finales del elemento y es modelado en su eje neutral. La rigidez eficaz del elemento podría variar dependiendo del tipo de estructura.

Reforzar vigas tubulares de hormigón y pre- someter a un esfuerzo vigas tubulares de la siguiente manera: para viga tubular de concreto reforzado (RC), (0.5~0.75) Porque viga tubular de concreto (por segundo) prestressed,1.0 EIg y para la tensión considera Ig, donde Ig es el momento de sección grosero de la apatía. La rigidez de torsional para superestructuras puede ser llevado como: GJ para la sección y 0.5 GJ para la sección rajada. Modelo de espina dorsal no puede capturar la amplia calzada superestructura llevar, los puentes alto - distorsionados. En estos casos modelo de grillage de uso.

b) Modelos / 3D modelo de elemento finito de Grillage c) Los modelos de Grillage son usados para acero superestructuras de cubierta compuestas de modelado y estructuras complicadas donde  superestructuras no pueden ser considerados rígida como los puentes muy largos y angostos, los conectores se intercambian. 4.2.5.2

Caball etes y/o elementos de apoyo  Si la superestructura de puente puede supuestamente moverse como un cuerpo rígido bajo la carga sísmica, el análisis puede estar simplificado a los caballetes y o elementos de apoyos centrales de modelado solamente. Se enmarque elementos, en vigencia doblando la rigidez, el limite la rigidez  para la que captar superestructura, y rigidez eficaz deben ser considerados con gran esfuerzo torsional y transversal. Dibujo4.2 - 5 indica modelos de caballete de columna y/o elementos de Apoyo .

Dibujo de Modelos doblados solo - columna 4.2 5 (Priestley et al1996). 4.2.5.3

Superstructure - Bents Connection

El Modelo de la superestructura con la vigas conexión, con de dos tipos Figures 4.2 - 2 y4.2 - 6 puede ser considerado: Conexiones monolíticas para vigas tubulares y gorra doblada esenciales para vigas apoyo de la superestructura . El comportamiento respaldó conexiones para vigas de concreto o superestructuras de acero. Diferente clases de orientación lo es: PTFE, como puertas corredizas de acero inoxidable, orientación de mecedora y orientación de elastometrica. Con las relaciones respaldadas por comportamiento, uno puede usar el comportamiento aislado usando orientación sísmica especial dispositivos energía  para dilapidar de reducir la acumulación retumbante del desplazamiento. En conexiones monolíticas todos los grados de la libertad son contenidos (tres grados) De las traducciones y tres grados para la rotación); sin embargo, en el comportamiento sostener 

Las conexiones, solamente de tres grados de traslacionales son contenidas pero los grados rotacionales de la libertad son restringidas. En las estructuras soportadas por comportamiento, la superestructura no es objeto de importancia sísmica traslacional dado a través de la columna. Sin embargo el diseño es más consciente del desplazamiento sísmico que la conexión monolítica. La disipación de energía con la que los dispositivos en el comportamiento aislado reducen el desplazamiento sísmico significativamente en la comparación comportamiento - respaldar las estructuras. El diseñador debe poner mayor atención a la  posibilidad de la aceleración que se usa las conexiones respaldadas por comportamiento de lo dispositivos de energía - disipación del suelo blanda.

Dibujo4.2 - 6 superestructura - doblar la conexión.

4.2.5.4

Los Elementos de Dilatación Las elementos de dilatación separan marcos en estructuras largas para permitir los movimientos debido al montaje pre- tensión térmica, inicial y trepar sin las tensiones grandes y las variedades en miembros. Una típica elementos de dilatación debe ser hecha un modelo de como 6 grados de la libertad, i.e., rotar la dirección longitudinal en la dirección transversal para representar se rompen (Dibujo4.2-7).

Es la práctica de Caltrans permitE usar análisis de modal elástico li neal con dos modelos estructurales diferentes, la tensión y la compresión, cuidar este asunto de análisis .

DibujoDefiniciones de fuerza de bisagra de arcada de 4.2 - 7 (Priestley et al1996). 4.2.5.5

Elementos de Fijacion Dibujos4.2 - 8 y4.2 - 9 indique un modelo doblado multi- columna y uno modelo de primavera de cimientos en una aptitud, respectivamente. Dibujo4.2 - 10 indica un modelo de marco de puente de multi.

a) Secciones de columna - Pier  b) Las mismas propiedades claras o non- Prismatic c) Concibe columna circular columna rectangular y hueco - sección

Dibujo4.2 - 8 modelo doblado multi- columna (Priestley et al 1996).

b) Conexión doblar - fundación c) Base del pilar : usar para caballetes multi- columna en general. d) Base fija: para base de columna sola.

Dibujo Definición de primavera de la fundación de 4.2 - 9 en una aptitud.

Dibujo4.2 - 10 marco de puente de Multi (Priestley et al1996).

4.2.6

Estribos La estructura de puente de modelado, el estribo puede ser hecho un modelo de como alfiler, rodillo o condición de límite fija. Para hacer un modelo del interacción de suelo - estructura, los materiales pueden ser usados.

Dibujo Las 4.2 - 11 funciones terminan el dominio con manantiales a interacción de tierra - estructura de modelo para asiento y estribos rígidos. La rigidez de estribo, las capacidad, afectan la reacción sísmica. V1 de criterios de diseño sísmico.6, la  parte 7-8 habla de las respuestas de estribo longitudinales y transversales en un sismo. Para brecha de modelado pared trasera y pilas la rigidez eficaz es usada con el comportamiento no lineal. El procedimiento iterativo debe ser use encontrar  una convergencia entre la rigidez y el desplazamiento.

Dibujo4.2 - 11 definición de primavera de la fundación.

4.2.7 4.2.7.1

Fundación Pilas de grupo Modelos de soporte a usar : Zapatas - 6 × 6 matriz de rigidez - definido en el sistema coordinado local mundial / conjunto. Las restricciones - el conocido desplazamiento, la rotación - definir en DOF global. Termine el sistema de pilote con zapatas el suelo al mismo tiempo que el puente.

4.2.7.2

Eje de pilote

El modelo sísmico (Figure 4.2 - 12c). Para la carga sísmica, un modelo de suelo - Apoyo (la figura4.2 - 12b) deber ser  considerado captar el interacción de suelo - estructura. Los programas como Wframe, L - pelo, SAP2000 / CSI o ADINA pueden ser usados.

A) prototipo

B) modelo de suelo – Estructura

C) modelo de fijeza equivalente

Dibujo4.2 - 12 modelos de eje de pilote de CIDH (Priestley et al1996). 4.2.7.3

Difunda la posición Las posiciones difundidas son desarrolladas sobre suelo rígido y competente generalmente las condiciones de límite fijas son asumidas por las apoyos de condición translacional, y la rotación es considerada solamente cuando de la posición entera esperada.

4.2.8

Ejemplos

4.2.8.1

CTBridge

CTBridge es un análisis de Elemento finito y el software de diseño que usa uno modelo de espina dorsal de 3D  para la estructura de puente. Esto admite la descripción de soportes distorsionados curvas horizontales y verticales caballetes multi-columna. CTBridge admite la usuario manipulación de ajustes varios como: la cantidad de los Elementos Live tamaños de  paso de carga que Pretensado y la Discretization de diseño . Para puentes non- distorsionado, el estribo puede ser considerado enganchado o rodillo. Para puentes distorsionados, los manantiales deben ser usados en los estribos. La rigidez de los apoyos será sobre la base de la rigidez del comportamiento rígido Si llevar la rigidez no está disponible, la puerta corrediza puede ser usado en lugar de alfiler o rodillo. Para puentes con las alineación curvadas y los soportes distorsionada o puentes derechos con distorsiones, un modelo de análisis de 3-D lleno, como un grillage o modelo de concha poder ser  exigido más captar la distribución verdadera de la carga con exactitud.  Note eso para conseguir el resultado en cada uno 0.1 espacio, que usted debe definir la compensación de inicio y el termina el espacio, i.e. de estribo para cara de estribo. El Modelo estructural mostrado en los dibujos4.2 - 13a hacerlo/serlo4.2 - 13c es usado como un ejemplo para CTBridge.

DibujoVista de ascenso de 4.2 - 13a de bridge de ejemplo.

DibujoTípica vista de sección 4.2 13b de bridge de ejemplo.

Dibujo4.2 - 13c planee la visualización de bridge de ejemplo.

Dibujo4.2 - 14 muestra el bridge a modelo de CTBridge por ejemplo.

Dibujo4.2 - 14 puente de ej emplo - modelo de CTBridge.

DibujoLas 4.2 - 15 funciones firman la convención para CTBridge.

Dibujo4.2 - 15 firme la convención en CTBridge.

Dibujo4.2 - 16 indica dos modelos de espina dorsal.

Dibujo4.2 - 16 marco de 3D en CTBridge. 4.2.8.2 SAP2000 / CSI

SAP2000 / CSI es último y uno de las versiones más fuertes del método del elemento finito programas de la serie de SAP de análisis estructurales, que brinda las siguientes características El análisis estático y dinámico que el Dinamico sísmico análisis de análisis de longitud y no lineal análisis estático que el análisis de Live - carga de vehículo para Bridges, Moving carga con influencias de 3D recubren, el movimiento de carga con el análisis multi paso, Lane Width que provoca el Analises rápido, análisis de Non lineal , de análisis de cable de P - Delta para Metodos de energía de Dampers para el análisis de construcción de Segmental de Control del proceso constructivo

Los lo siguiente son los pasos generales de ser definidos para analizar una estructura que usan SAP2000 / CSI: Geometría (introduzca coordenadas de nodos, defina miembros y conexiones) las restricciones de Condición / articulación de límite (rodillo, alfiler reparado, especificada constante) propiedad material (Modules de elástico, la proporción de Poisson, Módulos de corte, los datos las propiedades térmicas y las propiedades tiempo  –  dependencia como la fluencia y el encogimiento) carga y la carga embala el análisis de Performance de relación de tensión - tención (tirantez) del modelo sobre la base de análisis Los diseñadores de puente pueden usar plantillas de puente de SAP2000 / CSI para generar modelos de  puente el análisis de carga de carga viva de puente automáticamente y el diseño, el aislamiento de base de  puente, el análisis de secuencia de construcción de puente el análisis de puente soportado por cable de deformación grande, y el análisis de esfuerzos. El usuario puede hacer un modelo de la estructura como un modelo de Spine (marco) o un Finite Element modelo de 3D. El bridge de viga tubular concreto: En esta sección, creamos un modelo de SAP2000 / CSI para el puente de Ejemplo que usa de puente (Modelar la información de ala - puente). El Modelo de puente tiene 13 procesos de paso de modelado que son descrito abajo: Línea de diseño El primer paso in crear un objeto de puente es definir líneas de diseño de autopista que usan curvas horizontales y verticales. Las líneas de diseño son usadas como la referencia eje de incio para definir el diseño de objetos de puente y carriles en relación con estaciones, orientación y corregir teniendo en cuenta elevaciones excelentes y distorsiones. Sección de cubierta Secciones de puente paramétricas varias (vigas tubulares & compuestos de acero) están disponible para el uso de definir un puente. Vea la figura4.2-17. El usuario puede especificar secciones transversales diferentes a lo largo de la duración de puente.

Dibujo4.2 - 17 secciones de puente varias. Definición de estribo Las definiciones de estribo especifican las condiciones de soporte a los finales del puente. El usuario definió el soporte que la condición permitía a cada seis grados de libertad en el estribo para ser especificado como fijo, li bre o parcialmente moderado con un apoyo especificada constante. U1- Translación Parallel to Abutment U2- Translación Normal to Abutment U3- Translación Vertical R1- Rotación about Abutment R2- Rotación About Line Normal to Abutment R3- Rotación about Vertical For Academia Bridge considera U2, R1 y R3 DOF direcciones a lo largo a “Free” release type and other DOF fixed. Definición Esta parte especifica la geometría y las propiedades de sección de viga de corona doblada y aptitud limitada de columnas (columnas solas o múltiples) y la condición de soporte de base de las columnas dobladas.

La condición de soporte de base para una columna doblada puede estar reparada, enganchada o el usuario definió como un enlace / soporte especificado la propiedad que admitía seis grados de libertad. Por ejemplo el bridge ingresa los soportes de base de columna como inmovilizar. Todas unidades deben ser guardado consecuente (kip - pies para este ejemplo). Las ubicaciones de columnas son definidas como la distancia del final izquierdo de la viga de gorra para la línea central de la columna y la altura de columna es la distancia de la viga de la mediana para la parte inferior de la columna. Para definir columnas del puente de definición vaya a caballetes de Define / función entonces/luego y vaya a los datos de columna de Modify/función. Los soportes de columna de base en alto y parte inferior serán definidos aquí. Definición de diafragma Diaphragm definitions specify properties of vertical diaphragms that span transverse across the bridge. Las diafragmas son solamente aplicado a objetos de área y modelos de objeto sólidos y no a modelos de espina dorsal. Propiedades de diafragma de acero son solamente aplicable a las secciones de puente de acero y de concreto para dale mayor rigidez. Definición de apoyo Las definiciones de apoyo se especifican las propiedades de apoyo (articulaciones de expansión) y restricciones. Después de que un apoyo que es es definida, puede ser atribuido a un espacio en el objeto de puente. Una propiedad de apoyo puede ser una p ropiedad de enlace/soporte especificada o puede ser definida por usuario. La propiedad de restricciones puede también ser un enlace/soporte o restricciones del usuario a definir. El usuario- al uso de las restricciones especificado por un cuerpo, área y modulo de la elasticidad. Definición de variación paramétrica Cualquier parámetro usado en la definición paramétrica de la sección de cubierta puede ser especificado para variar como la  profundidad de puente, el grosor de las vigas y las lajas hacia adelante las length del puente. La diferencia podría ser de longitud,  parabólico o circular. Definición de objeto de puente The main part of the Bridge Modeler is the Bridge Object Definition which includes defining bridge span, deck section  properties assigned to each span, abutment properties and skews, bent properties and skews, hinge locations are assigned, super  elevations are assigned and pre-stress tendons are defined. El usuario tiene dos alternativas de modelado del tendón para los datos pre- tensión: trabaje de modelo cuando las cargas trabajan de modelo como elementos

Debido a que calculamos la pre- tensión que aumenta la fuerza de CTBridge, usamos alternativa (a) ingresar la fuerza de carga de tendón. El usuario puede introducir los parámetros de pérdida de tendón que tienen dos partes: El rozamiento y las pérdidas de Anchorage (coeficiente de coeficiente, Wobble de curvatura y configuración de anclaje). Otros parámetros de pérdida (la tensión de manteca flexible, la tensión de fluencia, la tensión de reducción y la tensión de descanso de acero). Cuando usted ingresó valores para el rozamiento y las pérdidas de Anchorage, asegúrese de que los valores combinen con su CTBridge que debe estar basado en "CALIFORNIA que las enmiendas postergan5.9.5.2.2b - 1 (Caltrans2008) y no hay necesidad de introducir los otros parámetros de pérdida. Si el usuario decide a tendón de modelo como elementos, los valores para los otros parámetros de pérdida serán introducidos; de otra manera, dejar los valores de incumplimiento.  Nota: si usted hace un modelo del puente como un modelo de Spine, solamente defina un tendón solo con la carga de Pjack total. Si usted hace un modelo del puente con el elemento de concha, entonces/luego usted tiene que especificar tendón en cada viga e input que la fuerza de Pjack para cada viga que debe ser calculada como Total Pjack  dividió junto a la cantidad de las vigas.  Nota:

En cualquier momento una definición de objeto de puente es modificada, el modelo de enlace debe ser actualizado para los cambios salir en el modelo de SAP2000 / CSI.

i) Modelo actualización linked  ii) El comando de modelo actualización linked crea al SAP2000 / CSI modelo fundado por centro de la definición de objeto de puente. Dibujos4.2 - 18 y4.2 - 19 indique un modelo de objeto de área y un modelo de objeto  sólido, respectivamente. Note que un objeto existente será eliminado después de actualizar el modelo conectado.  Hay tres opciones en el modelo incluir actualización linked: iii) Actualice a un modelo de Spine que usa objetos de marco iv) Actualícese como el modelo de objeto de área v) Actualícese como el modelo de objeto sólido

Dibujo4.2 - 18 modelo de objeto de área.

Dibujo4.2 - 19 modelo de objeto sólido. El modelado del puente es fundamental en capas Element Lane Definition Using objetos de diseño o marco de autopista de Shell que la puesta en práctica automática de Lane cargaba para tender un puente sobre el vehículo predeterminado y el tren carga. Los resultados de puente & la influencia de Salida que las líneas y superficies fuerzan y fatigan hacia adelante y al otro lado del bridge

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4.3

Tramas de desplazamiento Productos gráficos y tabulado SAP2000 / CSI también tiene una alternativa de análisis avanzada que no es hablado de en este sección incluir: Construcción segmentada Incluya los efectos de Creep, el análisis de descanso de reducción que usa modelos Model Contact de aislamiento y Dampers Explicitly de base de puente de fibra al otro lado de brechas que línea de análisis de cable de desplazamiento grande no lineal y dinámica de explosión de alta frecuencia de los suelos (curvas de P - y) de multi- Linear de superficie que usaba Wilson FNA que el análisis dinámico no lineal & el análisis de Buckling que la excitación sísmica multi- soporte animó ven de se mover las cargas El programa tiene la característica de las restricciones de línea automaticas que imponen la compatibilidad de desplazamiento a lo largo de los bordes comunes de mallas como necesitar.

Análisis estructural El análisis estructural proporciona servicio de respuestas de cargas sísmicas al proceso matemático numérico de extraer  la estructura en relación con las demandas estructurales como miembro fuerza y deformationes. 4.3.1

General

Para cualquier tipo de análisis estructural, los principios deben ser considerados. De Equilibrio 4.3.1.1

Equilibrio estático

En una sistema de estructura soportado cuando las fuerzas externas están en el balance con la fuerza interna, o las tensiones, que exactamente contrarrestan las cargas (la segunda ley de Newton), la estructura es dicha estar en el equilibrio. Debido a que no hay ningún movimiento de translación, la suma de vector de las fuerzas externas debe ser cero (0 de F). Debido a que no hay rotación, la suma de los momentos de las fuerzas externas sobre ningún punto debe ser cero (0 de M). Cuando los efectos dinámicos tienen que ser incluidos, para calcular la respuesta dinámica para una carga tiempo diferente o para analizar la propagación de ondas en una estructura, la correcta aplicación será considerada para analizar el equilibrio dinámico de los períodos

4.3.1.2

4.3.1.3

Leyes de Constitutivas Las leyes de constitutivas definen la relación entre la tensión y la tensión en el elementó estructural de que una miembro de estructura es hecho. Compatibilidad Las condiciones de compatibilidad son referidas a continuidad o a condiciones de regularidad sobre las variedades y las desviaciones. Como una estructura deforma bajo una carga, queremos asegurar eso:

a) Dos puntos originalmente distintos no se fusionan con un mismo punto.  b) El perímetro de un vacío no se traslapa como deforma. c) Los elementos conectados juntos se quedan conectados como la estructura deforma.

4.3.2

Métodos de análisis

4.3.2.1

Diferente clases de análisis es hablado de en esta sección. Teoría de desviación pequeño Si la deformación de la estructura no resulta en un cambio importante en los efectos de fuerza debido a un aumento en la excentricidad de ejército compresivos o de tensión, tales efectos de fuerza secundarios pueden ser hecho caso omiso. Teoría de desviación pequeño es generalmente suficiente para los análisis de puentes viga -tipo. Puentes colgantes puentes cable  –  suspendedidos muy flexibles arcos y marcos en los que los momentos de flexionl son incrementados por la desviación son en general conscientes de las desviaciones. En muchos casos el grado de la sensibilidad puede ser valorado por un método aproximado solo - paso, como método de factor de aumento de momento (AASHTO4.5.3.2.2).

4.3.2.2

Teoría de desviación grande

Si la deformación de la estructura resulta en un cambio importante en los efectos de fuerza, los efectos de la deformación serán considerados en las ecuaciones del equilibrio. Lo efecto de la deformación de componentes será incluido en la estabilidad que análisis y desviaciónes grandes se analizan. Para componentes compresivos concretos delgados las características materiales dependen del tiempo y la tensión causan los cambios importantes en geometría estructural serán consideradas en el análisis. Porque análisis de desviación grande es intrínsecamente no lineal, los desplazamientos no son proporcionales a la carga aplicada, y superposición no puede ser usado. Por lo tanto, la orden de la solicitud de carga es muy importante y debe ser  aplicada en la orden experimentada junto a la estructura, lo de carga descargadas seguidas carga vivas, etcétera. Si la estructura pasa por la deformación no lineal, las cargas deben ser puesto con lentitud con la consideración para los cambios en la rigidez después de cada incrementó.

4.3.2.3

Análisis lineal En la relación lineal de tensión - tensión de elemento estructural, la ley de Hooke es válida para el alcance de tensión tirantez pequeño. Para el análisis elástico lineal, los juegos de cargas que actúan simultáneamente pueden ser valorados superponiendo (añadir) que la fuerza o la desplazamientos en el detalle apuntan.

4.3.2.4

Análisis no lineal

El objetivo del análisis no lineal es calcular la carga máxima que una estructura puede soportar antes de la inestabilidad estructural o el fracaso. La carga máxima que una estructura puede llevar sin peligro puede ser calculada sólo llevando a cabo un análisis incremental usando formulación no lineal. En un análisis de fracaso, la ecuación del equilibrio es para cada carga o paso de tiempo. El diseño sobre la base de la toma del relato de tensión - tirantez lineal no será conservador debido a la no linealidad material o física no siempre. Puentes muy flexibles, por ejemplo suspensión y puentes cable - suspendido, debe ser analizados usando métodos elásticos no lineales (C4 de LRFD.5.1, AASHTO2007). El efecto de P - Delta es un ejemplo de la no linealidad geométrica física, donde el principio de superposición no es aplicable ya que el elemento de viga - columna pasa por los cambios grandes en geometría de carga. 4.3.2.5

Análisis elástico

Service and fatigue limit states should be analyzed as fully elastic, as should strength limit states, except in the case of  certain continuous girders where inelastic analysis is permitted, inelastic redistribution of negative bending moment and stability investigation (LRFD C4.5.1, AASHTO2007). Hacer un modelo del comportamiento flexible de materiales, las propiedades de rigidez de miembros de hormigón y compuestos serán sobre la base de secciones compatibles con el comportamiento previsto (LRFD4.5.2.2, AASHTO2007). Uno limitado numero de estudios analíticos han sido efectuados por Caltrans para determinar los efectos de usar gruesa y momento rajada de la apatía. Los estudios específicos produjeron the following conclusiones sobre vigas de hormigón  prestrensados sobre columnas concretas:1) Using Igs o Icr en las columnas concretas no adelgazan significativamente o incrementar la superestructura que momento y cizallamiento requieren para cargas verticales externas, pero afectarán la superestructura que momento y cizallamiento requieren de las otras cantidades laterales térmicas significativamente (C4 de Ca.5.2.2, Caltrans2008). Usar Icr en las columnas puede incrementar el desviación de superestructura y cálculos de curvatura (Ca4.5.2.2, Caltrans2008). Generalmente un análisis elástico es suficiente para el análisis fuerza basado en.

4.3.2.6

Análisis de Inelastico Inelastic analysis should be used for displacement-based analysis (Chen and Duan 1999). Los estados de límite de evento extremos pueden requerir el fracaso investigación basado en completamente sobre el modelado de inelastico. Donde el análisis de inelastico es usado, un mecanismo de fracaso de diseño preferido y sus encargado ubicaciones de apoyo serán determinados (LRFD4.5.2.3, AASHTO2007).

4.3.2.7

Análisis estático

El análisis estático usó carga de viento y efectos térmicos para puentes bajo la carga descargada la carga movil,  principalmente. La influencia de geometría de plano tiene un papel importante en el análisis estático (AASHTO4.6.1). Uno debe pagar la atención al aspecto de plan que proporción y estructuras curvaron en el plan para el análisis estático. Proporción de aspecto de planos Si la duración de una superestructura con torsionada y que la sección cruzada cerrada rígida excede2.5 veces sus width, la superestructura puede ser idealizada como una viga solo - espina dorsal. Torsión simultánea, momento, se rompen y fuerza de reacción y las encargado tensiones son ser superpuesto como apropiado. En todos idealizaciones de viga equivalentes, la excentricidad de cargas debe ser tomado con respecto a la línea central de la viga equivalente. La estructura se curvó en el plano Horizontalmente las vigas tubulares en lugar pueden ser diseñadas como rayo de espina dorsal solo con los segmentos derechos, para ángulos centrales hasta 34 ° dentro de un espacio, a menos que las preocupaciones sobre los otros efectos de fuerza dictan por lo demás. Para vigas de I, debido a que el equilibrio es desarrollado por la transferencia de la carga entre las vigas, el análisis debe reconocer el comportamiento integrado de todos componentes de estructura. Teoría de desviación pequeño es suficiente para el análisis de la mayoría de los puentes curvar - viga. Las vigas de I- sin embargo curvadas son primeras en desviarse lateralmente si no suficientemente reforzado durante la tensión. Este comportamiento no puede ser reconocido por teoría de desviación pequeño bien.

4.3.2.8

Análisis estático equivalente (ESA) It is used to estimate seismic demands for ordinary bridge structures as specified in Caltrans SDC (Caltrans 2010). Un puente es hecho un modelo de como (SDOF) solo - grado - de - li bertad generalmente y la carga sísmica era aplicable como la fuerza horizontal estática equivalente. Es apropiado para los marcos individuales con los espacios equilibrados y la rigidez. SDC de Caltrans (Caltrans2010) recomienda el análisis de "Local" independiente en la dirección transversal & longitudinal para valoración de demandas. Dibujo4.3 con el que - 1 indica un modelo autónomo agrupar las masas en columnas la rotación de cuerpo rígida, y la mitad de abarcan la masa en columnas adyacentes.

Modelo independiente transversal

Dibujo4.3 - 1 soporte el modelo a solas. Los tipos del análisis estático equivalente como el método de carga uniforme y método coordinado generalizado pueden ser usados.

Modelo independiente longitudinal 4.3.2.9

Análisis estático no lineal El procedimiento estático incremental no lineal es de uso determinado la capacidad de desplazamiento de una estructura de puente. Las cargas horizontales son con lentitud incrementan hasta que una estructura llega a condición de fracaso o derrumban el mecanismo. El cambio en la estructura debido a la que la rigidez es hecha un modelo de como la miembro rigidez se agrieta, apoyos de plástico, producir en el suelo en cada (evento) de paso.

Los programas de análisis están disponibles como: WFRAME, SAP2000 / CSI, STRUDL, 3D de SC - push, ADINA. Dibujos4.3 - 2 y4.3 - 3 muestra típico camino - desplazamiento y momento - remedio para una columna concreta.

DibujoCurva de incauto de 4.3 - 2. Análisis estructural - requisitos Modelo estructural elástico lineal Inicial o cargas de gravedad La caracterización de todos movimientos no lineales - relaciones de fuerza - deformación multi- lineales (por ejemplo relación de momento - curvatura de apoyo de plástico) limita relación de curvatura de momento de elementos de apoyo no lineales sobre la tensión sobre la base del nivel de rendimiento de diseño para computar. Curvatura de - > tirantez - > de análisis de sección Integración de doble -> los desplazamientos que la tirantez de nivel de rendimiento de diseño de pista limita en la reacción estructural

DibujoA típico curva de momento - curvatura de 4.3 - 3 para una columna concreta. 4.3.2.10

Ecuación de equilibrio dinámico general La identificación dinámica del movimiento para uno típico SDOF lo es:

 F 

Contrib ución

 F 

Y  o

 F

 D

F 

S 

Adónde: = La aceleración de × masiva = mü = la velocidad de Damping const × = u de m FS de FD de tecla F1 M

 Z  de ccr  de c de (caps eq) de s

= Rigidez

 La deformación = ku  Peso G Densidad de masa material Masa de = == sV de? = A L de volumen de Element de = Rigidez de = = Crítico apagar = w 2 m

Cc

r  = apagar z de = constante = = apagar - proporción0.5 P

 EDC de ku 2 = La energía dilapidar por U de bicicleta

EDC = Desplazamiento

 Además sismo, viento y vehículos en movimiento pueden causar las cantidades dinámicas sobre las estructuras de puente.  La carga de viento puede producir la inestabilidad y la vibración excesiva en puentes largo - espacio. La interacción entre la vibración de puente y el viento resulta en dos tipos de fuerza: movimiento -dependent y movimiento -independent. La fuerza de persona a cargo de movimiento causa la inestabilidad aerodinámica con el énfasis sobre la vibración de cuerpos rígidos. Para puentes de arcada breves la parte de persona a cargo de movimiento es insignificante y no hay preocupación sobre la inestabilidad aerodinámica. El puente comportamiento aerodinámico es controlado por dos tipos de los parámetros: estructural y la aerodinámica. Los parámetros de estructura son el diseño de puente, la condición de límite, la miembro rigidez los modos naturales y las frecuencias.  Los parámetros aerodinámicos son el clima de viento, la forma de sección de puente. El aerodinámico como el que la identificación del movimiento es expresada:

 Mü Cu Ku

4.3.2.11

 FUmd 

 Fmi

 Dónde :  FUmd = Vector de fuerza aerodinámico movimiento -dependent   Fmi = Vector de fuerza de viento movimiento -independent  Porque una solución analítica detallada para llamar la atención del viento sobre puentes de arcada largos y vibración de cable, ¿usted ve? (Chen y Duan1999). Análisis de vibración libre Vehículos como camiones y trenes que pasarán puentes en la velocidad segura causarán los efectos dinámicos. El dinámico carga para la mudanza para la que los vehículos sobre puentes son contados por un dinerillo de carga dinámico, IM. ¿usted ve? (Chen y Duan1999).

Las características muy importantes del puente respuesta dinámica bajo la carga conmovedora pueden ser resumido de la siguiente manera: Afecte los aumentos de factor cuando la velocidad de vehículo aumenta, afecte los decrecimientos de factor como los aumentos de arcada de puente. Bajo la condición de la "Muy buena" aspereza de superficie de camino (la amplitud del perfil de autopista que el que la curva es los menos0.4 pulgadas.) el factor de impacto está bien debajo de las especificaciones de diseño. Pero el factor de impacto aumenta tremendamente con la aspereza de superficie de camino creciente de "Artículo" a "Pobres" (la amplitud de la calzada que la que el  perfil es mayor cantidad1.6 pulgadas.) más allá del factor de impacto especificado en las especificaciones de LRFD de AASHTO. Las pruebas sobre el terreno indican que en la mayoría de puentes de autopista, el componente dinámico de la respuesta no excede 25 % de la reacción estática para vehículos with the exception of articulaciones de cubierta. Para articulaciones de cubierta, 75 % de el impacto para el que el factor es considerado que todos limitan que los estados programados para batir el efecto, y 15 % para la fatiga y la fractura limitan dice para miembros vulnerables a la carga cíclica como conectores de cizallamiento, vea Ca - C3.6.2.1 (Caltrans2008) a LRFD de AASHTO (AASHTO2007). Los efectos dinámicos atribuibles a los vehículos en movimiento pueden ser atribuidos a dos orígenes: Batir el efecto es la respuesta dinámica del asamblea de volante para sacar ventaja de interrupciones de superficie, como articulaciones de cubierta, rajaduras, baches y delaminations. Dynamic response of the bridge as a whole to passing vehicles, which may be due to long undulations in the roadway pavement, such as those caused by settlement of fill, or to resonant excitation as a result of similar frequencies of vibration between bridge and vehicle. (C3 de LRFD de AASHTO.6.2.1) La magnitud de la respuesta dinámica depende del espacio de puente, la rigidez y aspereza de superficie, y vehículo características dinámicas como cambiar de lugar la velocidad y los sistemas de aislamiento. Ha habido dos tipos de los métodos de análisis de investigar la respuesta dinámica de pu entes debido a la carga conmovedora: Análisis numérico (el modelo masivo empezado). Análisis analítico (el modelo de carga conmovedor). El análisis analítico simplifica la interacción de vehículo enormemente con el bridge y hace un modelo de un puente como una placa o viga con una buena exactitud si la proporción de la carga viva a la identidad que la que el peso de la superestructura es los menos0.3. Liberar el análisis de vibración suponiendo que un forma de modo sinusoidal puede ser usado para el análisis de la superestructura y calculando las frecuencias fundamentales de puentes de laja - viga (Chen y Duan1999). Durante mucho tiempo los puentes de arcada o mudanza de baja velocidad cargan, hay poca amplificación que no resulta en las respuestas mucho dinámicas. La reacción dinámica máxima ocurre cuando la frecuencia de carga es cerca del puente l a frecuencia fundamental .

Los proporciones de aspecto de la cubierta de puente tienen un papel importante. Que cuándo son los menos4.0 el primer  modo que el que la forma es dominante, when más8.0, otros formas de modo son provocados. Las propiedades libre - vibración son mostradas en la figura4.3-4.

Ciclos de ¼ M

/2 K 

R =1. 0 2*

T = = 1 / T de f 2 segundos = = de ½0.5 = 2 de bicicleta / segundo * / T = Rad / segundo T/ 2

T = de = 1 / = de T 1/1 de f de 1sec de =1.0 Ciclo / segundo T

T

T

T =0.5 f seco = 1 = de = 1 / 0.5 de / T2.0 = 2 * = de / T 4 de bicicleta / segundo* Rad / segundo

Dibujo4.3 - 4 período natural.

Cuando un cuerpo vibra de su puesto inicial a su puesto seguro extremo en una dirección,  back to el puesto en contra extremo, y back to puesto inicial (i.e., una revolución del desplazamiento anguloso de 2) (radiánes)  B) Frequency ( ): si un sistema es agitado y permitido vibrar sobre sí mismo, sin las fuerzas externas y apagar (la vibración libre). Un sistema que tendrá n grados de la libertad tendrá n frecuencias naturales distintas de la vibración, en general.  A) ciclo:

?

K/m ?

2 T

Distancia / tiempo

? 2 f  Period (T): Es la época tomado para terminar un ciclo del movimiento. Es igual al tiempo requerido para un portador  girar 2 (Uno round) Frecuencia (f): el número de ciclos tiempo por unidad, = 1 / T de f (H.Z)

4.4

Ejemplos de puente - vehículo de 3-D llevan el análisis de carga Formación Los Estados Unidos tienen una hi storia larga de puentes de viga ser "Viga - por - viga" diseñada. Es decir la viga es diseñada 4.4.1 por alguna fracción de cargas vivas, dependiendo del espaciado de viga y la estructura. El método es refer to como "Línea de viga" o análisis de "Transmita la línea" a veces y la fracción de carriles de carga vivos usados para el diseño es refer to como una cuadrícula o factor de distribución de carga (LDF) a veces. Los métodos aproximados de la dis tribución vivo - carga en las especificaciones de di seño de puente de LRFD de AASHTO (AASHTO2007) use que "Factores de distribución de carga de viga" ( LDFs) faciliten análisis de viga de cargas vivas automovilísticas múltiples sobre un puente sistema estructural tridimensional. La definición formal de LDF: "Un factor use multiplicar la respuesta longitudinal total del puente debido a una cantidad de carril longitudinal sola in order determinar la reacción máxima de una viga sola" (Barker y Puckett2007). Una definición más práctica: la proporción que Mrefined / Mbeam o Vrefined / Vbeam, donde el numerator es el efecto de fuerza envuelto en una ubicación, y el denominador es la fuerza provocan en l a misma ubicación en una viga s ola debido a la misma carga. Aunque cada ubicación dentro de una viga puede tener uno LDF diferente, las expresiones en las mesas d e las AASHTO LRFD especificaciones de puente, los artículos4.6.2.2.2 y4.6.2.2.3 está basado en las ubi caciones críticas  para se doblar  Y rómpase, respectivamente. Las ubicaciones críticas se refieren a los momentos seguros totales máximos, a momentos negativos, y a cizallamiento total máximo. Para elenco - en - lugar (CIP) multicell concreto ponga en una caja vigas, el AASHTO al que las tablas solamente son aplicable que típicos puentes, cuál consultan: El espaciado de viga, s: El < 13 de < s de 6 ' duración de arcada, L: La estructura del < 220 de < L de 60  profundidad, D: 35? < d < 110? El uso de los métodos aproximados sobre las estructuras menos - típicas es prohibido. Las estructuras menos - típicas refieren uno de the following casos a cualquiera: Uno o vigas tubulares dos celda; dos o las estructuras de viga - laja tres viga; los espacios más grandes que 240 pie de longitud;

Estructuras con salientes extra- amplios (más grande que la mitad del espaciado de viga o lo 3 pies). (3D) análisis de elemento finito tridimensional (FEA) debe ser use determinar los LDFs de viga de estos puentes menos típicos. The following cajas también podrían requerir tal análisis refinado: Skews más grandes que 45; las estructuras con paredes de sonido de mampostería; viga - laja estructura la con vigas de diferente se doblar la rigidez. Un análisis de carga conmovedor sobre uno 3D modelo de elemento (FE) finito provee la distribución de carga exacta. Sin embargo, para el diseño rutinario de sistema de superestructura de puente comúnmente usado, FEA de 3D requiere el conocimiento con métodos de elemento sofisticados y generalmente también costosos y finitos. Software de FEM. No es económico debido a el tiempo adicional requerido poder construir y dirigir el modelo de 3D, y analizar los resultados, comparando a FEM simple el programa, por ejemplo Caltrans. CTBridge. Además, en relación con la confiabilidad de un modelo de FE, el modelo de FEM de 3D no puede ser tan seguro como un modelo de FE de 2D simple debido a el número mucho más grande de los detalles en un modelo de FE de 3D. Sobre la base de la experiencia de Caltrans, una combinación de la fórmula de LDF con el programa de diseño de FEM de 2D en la empresa, lo CTBridge, provee suficiente, seguro y eficiente procedimiento de diseño y producto. La más reciente versión de CTBridge incluye los valores de LDF para un puente de viga tubular one - o dos celda. 4.4.2

Cajas de carga móviles En muchas situación, las vigas tubulares one - o dos celda son para ensanchar de puentes existentes. Si son nuevos  puentes, es también posible que serán ensanchados en el futuro. Ambos casos insinúan que las cargas de tráfico podrían ser aplicadas a cualquier lugar al otro lado del ancho de puente, i.e., ir avanzando para ir avanzando, y esto será tenido en cuenta en el diseño. Esto también quiere decir que un línea de volante del camión puede estar sobre el puente nuevo / ensanchado mientras otro uno sobre el puente existente. Cuando uno puede imagine, para el ancho de puente seguro, el efecto de fuerza máximo puede estar programado para hacerlo/serlo es decir1.5 o2.5 carriles. Para el bridge particularmente angosto, el por ej. 6 o puente 8 ft., probablemente solamente una rueda que renglón carga puede ser puesta. SAP2000 / CSI BrIM tiene la capacidad de permutar todas las estructuras de carga automovilísticas posibles en cuanto un  juego de carriles es definido. Primero, la respuesta de puente entera debido a un carril solo intencionada, sin la aplicación del factor de Presence múltiple (MPF), puede ser obtenido fácilmente definiendo un carril de cualquier ancho arbitrariamente dentro del puente. Entonces/luego, configuraciones de carril que would generar el cizallamiento máximo y lo momento efectos serían definidas y el MPF sería definido. Las cajas donde un carril es cargado son importantes para el diseño de fatiga; en la adición, donde un carril estar los casos

Cargar poder controlar sobre las cajas dónde son cargados dos carriles. Por lo tanto, las cajas donde un carril es cargado son separadas de la permutación y son definidas sobre la base de un carril solo del whole ancho de puente. Diseño cargas, HL - 93, automovilísticas vivas de nivel de AASHTO es usados como la carga de tráfico para los análisis de SAP2000 / CSI del factor de distribución de carga vivo. Dibujo4.4 - 1 muestra la vista de los cuatro tipos de vehículos de diseño  por carril, incluyendo los detalles de la carga de eje y espaciado de eje al ascenso. El espaciado transversal de las ruedas para camión de diseño y tándem de diseño es 6 ft. El ancho transversal de la carga de carril de diseño es 10 pies. El efecto de fuerza extremo, el momento y el cizallamiento en vigas para este estudio, en cualquier ubicación de cualquier viga, son l os más grandes de los 4 vehículos de diseño: Tándem de diseño y carga de carril de diseño; camión de diseño y carga de carril de diseño; 90 % de dos camiones de diseño y 90 % de la carga de carril de diseño; par de un tándem de diseño y una carga de carril de diseño.

HL - 93K: HL - 93M: HL - 93S: HL - 93LB:

HL - 93K 

(A) HL - 93K 

32k HL - 93M

32k32k  8k 

(B) HL - 93M

32k 

8k  14 mínimo de HL - 93S de ’ (c) de ’ - 30 de ’ 14

- 30 de ’ 14 HL - 93S Mínimo 14 ’ de ’

14 ’

14 ’

(D) HL93 - libra 14 ’

14 ’

HL93 - libra

DibujoEl ascenso de 4.4 - 1 ve cargas vivas moviles (Caltrans) de HL - 93 de nivel de AASHTO.

Cajas (c) y (d) en la figura4.4 - 1 es para la importancia negativa máxima sobre gorras dobladas. Un dinerillo de carga dinámico de 33 % es aplicado y solamente applied al camión de diseño y el tándem de diseño en todos los casos. Factor de Presence múltiple tan indicado en la tabla4.4 - 1 es applied en la concesión a las especificaciones de diseño de puente de LRFD de AASHTO. Mesa4.4 - 1 factor (MPF) de presencia múltiple.

Number of Loaded Lanes

4.4.3

Multiple Presence Factor

≤1

1.20

>1 and ≤ 2

1

>2 and ≤ 3

0.85

Lleve la distribución de carga para uno y ejemplo de vigas tubulares dos celda Haga un modelo del bridge en SAP2000 / CSI como dar los datos abajo: En este ejemplo, el método de LLDF calculador es indicado para una viga tubular dos celda usando un modelo de FEM SAP2000 / CSI de 3D para carga de carril diferente (dibujos4.4 - 3 hacerlo/serlo4.4-6). Los datos de puente son dado como mostrar abajo: El espaciado de viga, s: La duración de arcada, L del < 13 del = 13 de < s de 6: 60′ < L=180′ < 220′ Structure depth, D: 35″ < d =96″< 110″ Single span, simply supported, 180 foot long, 8-foot depth two-cell Box Girder Bridge with the following cross section as shown in Figure 4.4-2.

Dibujo4.4 - 2 lleve la distribución de carga para vigas tubulares tiro precipitado dos celda.

1) grupos de carga Grupo de carga 1

Dibujo4.4 - 3 lleve la distribución de carga para vigas tubulares tiro precipitado dos celda en grupo1. Grupo de carga 2

Dibujo4.4 - 4 lleve la distribución de carga para vigas tubulares tiro precipitado dos celda En grupo2.

Grupo de carga 3

Dibujo4.4 - 5 lleve la distribución de carga para vigas tubulares tiro precipitado dos celda en grupo3.

Grupo de carga 4

Dibujo4.4 - 6 lleve la distribución de carga para vigas tubulares tiro precipitado dos celda en grupo4.

Para calcular el LDF, tanto modelo de espina dorsal y modelo de objeto de área fueron presentado para carga de carril diferente usar BrIM.

2) Modeler de puente (la fi gur a4.4-7)   Puente modelo modelo de objeto tanden área estructural de actualización  Al Modelo de enlace de actualización  Actualícese como objeto de área •

•

•

Dibujo4.4 - 7 tienda un puente sobre el Modeler precipitado tiro. 3) definir a Lane (la figura4.4-8) definir 

Cargas de puente

Carriles

Dibujo4.4 - 8 defina carril tiro precipitado.

Lane Load Discretization largos máximos: a lo largo de Lane 10 pies al otro lado de Lane 2 pies 4) definir vehículo (la figura4.4-9) definir

Cargas de puente Vehículos

Dibujo4.4 - 9 defina vehículo tiro precipitado.

5) definir clases de vehículo (la figura4.4-10) definir  Cargas de puente

Clases de vehículo:

6) cajas de análisis (la figura4.4-11) Group1: 1 Lane cargó  Definir Cajas de carga

Defina cajas de carga

Dibujo4.4-11 Los casos de análisis snap que el tiro en one - Lane cargó.

•

Grupo2: 2 que Lane cargó (carriles 1, 2 &3) (dibujo4.4-12)

•

• •

Grupo3: 2 que Lane cargó (& de Lanes 45) (dibujo4.4-13)

DibujoLos 4.4 - 13 casos de análisis snap que el tiro en dos - Lane cargó. Grupo4: 3 que Lane cargó (carriles 1, 2 &3) (dibujo4.4-14)

 El 7) el análisis que Lane solo cargó (= de MPF1) con correr modelo de Structural de puente actualizado como modelo de Spine (la figura4.4-15) BrIM

Update Link Model

Lane

Update as Spine Model

Define

Define Load cases

Dibujo4.4 - 15 disco sencillo de análisis Lane cargó el tiro precipitado.  Los resultados: Fuerza de puente de visualización en el ancho de puente entero para 1 carril forrada de Spine trabaja de modelo (la figura4.4-16) COLON_NOSPACE  A) Ubicación y cantidad de ejército máximos:

A-1)

El momento máximo valore = 6,527 kips - pies en x = 90 pies

Dibujo4.4 - 16 el momento máximo ponga en juego rápidamente el tiro.

A-2)

Ubicación y cantidad de Shear de máximo (la figura4.4-17):

El = de valor de cizallamiento máximo148.35 kips Dibujo4.4 - 17 broche a presión de cizallamiento de máximo tirado. B) B-1)

Fuerza de puente de visualización en cada viga para un carril forrada para cada grupo de la área trabaja de modelo: Ubicación y cantidad de Moment de máximo en viga de exterior izquierda, viga de interior y viga de exterior derecha para 1 carril, 2 carriles y 3 carriles cargó.

Por ejemplo, dibujos4.4 - 18 hacerlo/serlo4.4 - 20 muestre a Moment de máximo para 1 carril forrado:

Dejó Girder de exterior, la M3 = 2566 kips - pies en x = 90 pies

Girder de interior, = 3410 de M3 kips -ft en x = 90 pies Dibujo4.4 - 19 momento de máximo para one - Lane intencionado en la viga de interior.

Girder de exterior derecho, = 2566 de M3 kips -ft en x = 90 pies Dibujo4.4 - 20 momento de máximo para one - Lane cargado en viga de exterior derecha. B-2) Ubicación y cantidad de Maximum se rompen en viga de exterior izquierda, viga de interior y viga de exterior derecha para 1 carril, 2 carriles y 3 carriles cargados.

Dibujos4.4 - 21 hacerlo/serlo4.4 - 23 muestre Shear de máximo por 1 Lane loaded:

Rómpase en = de viga de exterior izquierdo153.91 kips en x = 0 Dibujo4.4 - 21 corteizallamiento de máximo para one - Lane intencionado en la viga de exterior izquierda.

Rómpase en = de viga de interior109.27 kips en x = 0

Rómpase en = de viga de exterior correcto153.91 kips en x = 0 Dibujo4.4 - 23 Corte de máximo para una Linea de carril - Lane intencionado en la viga de exterior derecha. C)

LLDF: corte verdadero y modificado (la tabla4.4-2)   

Case # 1 2 3

= de LLDF verdadero (VL.Ext. + VInt. +RV.Ext.)/ Carril de VSingle Modified LLDF = (Max (VL.Ext., VInt. ,RV.Ext.)) Carril de × 3 / VSingle M 4.4 - 2 viva el factor de distribución de carga para el cizallamiento.

Cell Type X2C8 X2C8 X2C8

L (ft)

# Lanes

180 180 180

1 2 3

V Single lane (Kips)

148.35 148.35 148.35

V  L.Ext . (Kips)

156.43 172.18 153.69

V  Int. (Kips)

110.45 165.82 157.25

V   R.Ext. Verdadero

 LLDF   Modificar 

 LLDF 

(Kips)

156.43 172.18 153.69

2.85 3.44 3.13

3.16 3.48 3.18

La importancia (la tabla4.4-3) = de LLDF verdadero (ml.Ext. +. +MR.Ext.)/ Carril de MSingle Modified LLDF = (Max (ML.Ext. ,. , MR.Ext.))Carril de × 3 / MSingle Mesa4.4 - 3 viva el factor de distribución de carga para la importancia. Case #

Cell Type

L (ft)

# Lanes

 M Single lane

 M  L.Ext.

(Kips-ft)

(Kips-ft)

 M  Int. (Kips-ft)

 M  R.Ext.

 LLDF 

 LLDF  Verdade ro

(Kips-ft)

 Modificar 

1

X2C8

180

1

6527

2566.39

3410.52

2566.39

1.31

1.57

2

X2C8

180

2

6527

4045.82

5656.70

4045.82

2.11

2.60

Aunque el análisis de SAP2000 / CSI provee una distribución más exacta de los efectos de fuerza en las vigas, no calcula las cantidades de prestrensado, longitudinal, o las refuerzo de cizallamiento requerido sobre los planes de contrato. Las herramientas bidimensionales diferentes como CTBridge son usadas para el diseño. Las vigas son consideradas por separado, o en un modelo solo - espina dorsal. Caltrans prefieren el último en la caja de vigas tubulares tensadas por mensaje porque tensar en una viga tiene un efecto sobre la viga adyacente. Si las demandas individuales sólo fueran usadas en DOS-D - el software dimensional para el diseño y el diseño de vigas equitativamente, al menos una viga sería diseñada. Por lo tanto, el valor de la viga con el valor de mayor demanda es usado para todas cargas vigas - como mostrar de arriba así que es recomendado considerar LDF modificado, como el input de Lanes de carga de Live para CTBridge.

Nota  A

=

d E 

=

 g 

=

 g  M 

=

area of section (ft2) structure depth (in.) Young’s modulus (ksi) gravitational acceleration (32.2 ft/sec) girder  LL distribution factor for  moment

 g S 

= =

girder  LL distribution factor for shear 

 H I 

=

height of element (ft) moment of inertia (ft 4)

 K  g 

=

longitudinal stiffness parameter (in.4)

 L

= =

span length (ft)

 M  LL

=

moment due to live load (k-ft)

 M T 

=

transverse moment on column (k-ft)

 M  L

=

longitudinal moment on column (k-ft)

 M  DC 

=

moment due to dead load (k-ft)

 M  DW 

=

moment due to dead load wearing surface (k-ft)

 M  HL-93

=

moment due to design vehicle (k-ft)

 M  PERMIT 

=

moment due to permit vehicle (k-ft)

 M  PS 

=

moment due to Secondary prestress forces (k-ft)

n

=

modular ratio

 N b

=

number of beams

 N c

=

number of cells in the box girder section

S 

=

center-to-center girder spacing (ft)

t  s

=

top slab thickness (in.)

t deck 

=

deck thickness (in.)

t  soffit 

=

soffit thickness (in.)

t  girder 

=

girder stem thickness (in.)

w

=

uniform load (k/ft)

 X 

=

moment arm for overhang load (ft)

=

coefficient of thermal expansion

=

skew angle (degrees)